import java.util.Comparator;
import java.util.PriorityQueue;
import java.util.Stack;

public class Sort {

    /*
    直接插入排序
    时间复杂度：
        最好情况：数据完全有序 - O(N) 此时只有i在走
        最坏情况：数据完全逆序 - O(N^2) 1+2+3+4+……+N-1=(N-1)*(1+N-1)/2=1/2N+N^2
       结论：元素集合越接近有序，直接插入排序算法的时间效率越高
       场景：现在有一组基本有序的数据，那么你选择哪个排序最好？ --直接插入排序
    空间复杂度：O(1) 在对数组排序的过程中没有额外申请内存
    稳定性：稳定 如果比较时取=则不稳定了（悖论？）
          一个本身就稳定的排序 是可以实现为不稳定的排序的
          但是相反，一个本身就不稳定的排序 是不可能实现为 稳定的排序的
     */
    public static void insertSort(int[] arr){
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            int tmp=arr[i];
            int j=i-1;
            for (; j >=0; j--) {
                if(arr[j]>tmp){
                    arr[j+1]=arr[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            arr[j+1]=tmp;
        }
    }

    /*
  希尔排序
  时间复杂度：n^1.3 ~ n^1.5
  空间复杂度：O(1)
  稳定性：不稳定
   */
    public static void shellSort(int[] array){
        int gap=array.length;
        while(gap>1){
            gap/=2;
            shell(array,gap);
        }
        shell(array,gap);
    }

    private static void shell(int[] arr,int gap){
        //i从第二位开始的，这里0是第一位，则gap就为第二位
        for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
            int tmp=arr[i];
            //arr[j]第一位则为arr[i-gap]
            int j=i-gap;
            //每gap为一组，一组之内每个数据距离gap
            for (; j >=0; j-=gap) {
                if(arr[j]>tmp){
                    arr[j+gap]=arr[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            arr[j+gap]=tmp;
        }
    }

    /*
    直接选择排序
    时间复杂度：不管最好还是最坏都是 O(n^2)
    空间复杂度：O(1)
    稳定性：不稳定
   */
    public static void selectSort(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length-1; i++) {
            //1、找出最小的元素
            int minmax=i;
            for (int j = i+1; j < arr.length ; j++) {
                if(arr[j]<arr[minmax]){
                    minmax=j;
                }
            }
            //2、最小元素放到第一个
            swap(arr,i,minmax);
        }
    }

    private static void swap(int[] array,int i,int j){
       int tmp=array[i];
       array[i]=array[j];
       array[j]=tmp;
    }

    public static void selectSort2(int[] arr){
        int left=0;
        int right=arr.length-1;
        while(left<right){
            int minIndex=left;
            int maxIndex=left;
            for (int i = left+1; i <= right; i++) {
                if(arr[i]<arr[minIndex]){
                    minIndex=i;
                }
                if(arr[i]>arr[maxIndex]){
                    maxIndex=i;
                }
            }
            swap(arr,left,minIndex);
            //最大值刚好在最小值的位置，已经被交换到了minIndex
            if(maxIndex==left){
                maxIndex=minIndex;
            }
            swap(arr,right,maxIndex);
            left++;
            right--;
        }
    }


    /*
    堆排序
    时间复杂度：O(n*logN)
    空间复杂度：O(1)
    稳定性：不稳定
        数据量非常大的时候，堆排序一定比希尔快
     */
    public static void heapSort(int[] array) {
        createBigHeap(array);
        int end=array.length-1;
        while(end>0){
            swap(array,0,end);
            shiftdown(array,0,end);
            end--;
        }
    }

    private static void createBigHeap(int[] array){
        for (int parent = (array.length-1-1)/2; parent >= 0 ; parent--) {
            shiftdown(array,parent,array.length);
        }
    }

    private static void shiftdown(int[] array,int parent,int end){
        int child=2*parent+1;
        while (child<end){
            if(child+1<end && array[child]<array[child+1]) {
                child++;
            }
            if (array[child]>array[parent]){
                swap(array,child,parent);
                parent=child;
                child=2*parent+1;
            }else {
                break;
            }
        }
    }

    /*
    冒泡排序
    时间复杂度：O(n^2) 如果加了优化最好情况O(N)
    空间复杂度：O(1)
    稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] array){
        for (int i = 0; i < array.length-1; i++) {
            boolean flg=false;
            for (int j = 0; j < array.length-1-i; j++) {
                if(array[j]>array[j+1]){
                    swap(array,j,j+1);
                    flg=true;
                }
            }
            if (!flg) return;
        }
    }

    /*
    快速排序
    时间复杂度：
        最好情况：O(N*logN) 满二叉树/完全二叉树
        最坏情况：O(N^2) 单分支的树
    空间复杂度：
        最好情况：O(logN) 满二叉树/完全二叉树
        最坏情况：O(N) 单分支的树
    稳定性：不稳定
     */
    public static void quickSort(int[] array){
        quick(array,0,array.length-1);
    }

    private static void quick(int[] array,int start,int end){
        if(start >= end) return;//左边是一个节点，或者 一个节点都没有

        //小区间用插排减少递归次数
        if(end-start+1 <=15){
            insertSortRange(array,start,end);
            return;
        }
        //三数求中
        int index=midOfThree(array,start,end);
        swap(array,index,start); //保证 start下标是中间值，以中间大小的值作为基准，减少空间

        int pivot=partition(array,start,end);
        quick(array,start,pivot-1);
        quick(array,pivot+1,end);
    }

    //区间内 进行插入排序
    private static void insertSortRange(int[] array,int begin,int end){
        for (int i = begin+1; i <= end ; i++) {
            int tmp=array[i];
            int j=i-1;
            for (; j >=begin ; j--) {
                if (array[j]>tmp){
                    array[j+1]=array[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            array[j+1]=tmp;
        }
    }

    //三数求中
    private static int midOfThree(int[] array,int left,int right){
        //1、先找到 mid 位置
        int mid=(left+right)/2;
        //2、找到 3 个数中 中间大的数字
        if(array[left]<array[right]){

            if(array[mid]<array[left]){
                return left;
            }else if(array[mid]>array[right]){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }

        }else {
            if (array[mid]>array[left]){
                return left;
            }else if(array[right]>array[mid]){
                return right;
            }else {
                return mid;
            }
        }
    }
    //1、Hoare版
    private static int partitionHoare(int[] array,int left,int right){
        int key=array[left];
        int i=left;
        while(left<right){
            while(left<right && array[right]>=key){
                right--;
            }
            //array[right] < key
            while (left<right && array[left]<=key){
                left++;
            }
            //array[left] > key
            swap(array,left,right);
        }
        //相遇的位置 和 i 位置进行交换
        swap(array,left,i);
        return left;
    }

    //2、挖坑
    private static int partitionDig1(int[] array, int left, int right) {
        int i = left;
        int j = right;
        int pivot = array[left];
        while (i < j) {
            while (i < j && array[j] >= pivot) {
                j--;
            }
            array[i] = array[j];
            while (i < j && array[i] <= pivot) {
                i++;
            }
            array[j] = array[i];
        }
        array[i] = pivot;
        return i;
    }

    private static int partitionDig2(int[] array, int left, int right) {
        int key=array[left];
        while(left<right){
            while(left<right && array[right]>=key){
                right--;
            }
            array[left]=array[right];
            while(left<right && array[left]<=key){
                left++;
            }
            array[right]=array[left];
        }
        array[left]=key;
        return left;
    }


    //3、前后指针
    private static int partition(int[] array, int left, int right) {
        int prev = left ;
        int cur = left+1;
        while (cur <= right) {
            if(array[cur] < array[left] && array[++prev] != array[cur]) {
                swap(array,cur,prev);
            }
            cur++;
        }
        swap(array,prev,left);
        return prev;
    }

    //非递归的快速排序
    public static void quickSortNor(int[] array){
        Stack<Integer> stack=new Stack<>();
        int left=0;
        int right=array.length-1;
        int pivot=partitionDig2(array,left,right);
        if (pivot-1>left){
            //左边一定有两个元素
            stack.push(left);
            stack.push(pivot-1);
        }
        if(pivot+1<right){
            stack.push(pivot+1);
            stack.push(right);
        }

        while (!stack.isEmpty()){
            right=stack.pop();
            left=stack.pop();
            pivot=partitionDig2(array,left,right);
            if (pivot-1>left){
                //左边一定有两个元素
                stack.push(left);
                stack.push(pivot-1);
            }
            if(pivot+1<right){
                stack.push(pivot+1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }



    /*
    归并排序
    空间复杂度：O(n)
    时间复杂度：O(N*logN)
    稳定性：稳定
     */
    public static void mergeSort(int[] array){
        mergeSortFunc(array,0,array.length-1);
    }

    private static void mergeSortFunc(int[] array, int left, int right) {
        if(left>=right) return;
        int mid=(left+right)/2;

        mergeSortFunc(array,left,mid);
        mergeSortFunc(array,mid+1,right);

        merge(array,left,right,mid);
    }


    private static void merge(int[] array, int left, int right, int mid) {
        int s1=left;
        int s2=mid+1;

        int[] tmpArr=new int[right-left+1];
        int k=0;

        //两个区间都同时是有数据的
        while (s1 <=mid && s2<=right){
            if(array[s2] <= array[s1]){
                tmpArr[k++]=array[s2++];
            }else{
                tmpArr[k++]=array[s1++];
            }
        }

        while(s1<=mid){
            //第一个段还有数据
            tmpArr[k++]=array[s1++];
        }
        while(s2<=right){
            //第二个段还有数据
            tmpArr[k++]=array[s2++];
        }

        //此时tmpArr一定是这个区间里面有序的数据了
        for (int i = 0; i < tmpArr.length; i++) {
            array[i+left]= tmpArr[i];
        }

    }


    //非递归 归并排序
    public static void mergeSortNor(int[] array) {
        int gap = 1;
        while (gap < array.length) {//还没归并完
            for (int i = 0; i < array.length; i += 2 * gap) {
                int left=i;
                int mid=left+gap-1;
                int right=mid+gap;
                if (mid>=array.length){
                    mid=array.length-1;
                }
                if (right>=array.length){
                    right=array.length-1;
                }
                merge(array,left,right,mid);
            }
            gap*=2;
        }
    }


    /*
    计数排序
    时间复杂度：O(N+范围)
    空间复杂度：O(N+范围)
    稳定性：不稳定
     */
    public static void countSort(int[] array){
        int minVal=array[0];
        int maxVal=array[0];
        //1、求当前数组的最大值 和 最小值
        for (int i = 1; i < array.length; i++) {
            if (array[i] <minVal){
                minVal=array[i];
            }
            if (array[i]>maxVal){
                maxVal=array[i];
            }
        }
        //2、跟进最大值 和 最小值 来确定数组的大小
        int[] count=new int[maxVal-minVal+1];
        
        //3、遍历原来的数组开始计数
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            count[array[i]-minVal]++;
        }
        //4、遍历计数数组 count，把当前元素 写回 array
        int index=0;//重新表示array数组的下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while(count[i]>0){
                array[index]=i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }

    }
}




















